כל מה שרצית לדעת על ההיברידיות
המכונית ההיברידית הראשונה בייצור המוני הייתה טויוטה פריוס האצ'בק בשנת 1997 שנחשבה למהפכנית באותה תקופה. המכונית אובזרה ביחידת כוח מקורית שמשלבת חיבורים טוריים ומקבילים. יחידת הכוח של פריוס הייתה מורכבת מתמסורת בנזין 4 ציל' ומשני מנועים חשמליים וכן מתמסורת פלנטרית המחברת ביניהם. כיום פריוס זמינה בגרסאות היברידיות רגילות ובגרסאות הניתנות לטעינה.
על פי הערכות Bosch, בשנת 2020, היקף המכירות של כלי הרכב ההיברידיים בעולם, עלה על 9 מיליון יחידות. ועד שנת 2025, מומחים צופים צמיחה של השוק העולמי לכדי 12 מיליון מכוניות. כיום, מכוניות שבהן מנוע חשמלי משלים עבודה של מנוע בעירה פנימית סטנדרטי הן דבר שבשגרה. הגרסאות ההיברידיות זמינות הן למכוניות מסגמנט המחיר הנמוך והן למכוניות מרוצים. יש כל-כך הרבה כאלה, שלעתים קרובות קשה להבין איך בדיוק ההיברידית הספציפית הזאת עובדת, מה יש לצפות ממנה (חיסכון בדלק, דינמיקה משופרת) ומדוע היא נחוצה בכלל. בסקירה שלנו נציג את סיווג יחידות הכוח ההיברידיות וננתח אותן, תוך ציון היתרונות והחסרונות של כל מערכת.
מיקרו היברידיות (Micro hybrids)
מדובר תחילתו של איחוד מערכת חשמלית עם מנוע בעירה פנימית, אף ללא המנוע החשמלי. המרכיב המרכזי הוא אלטרנטור "חכם" שנכבה בעת האצה, מפחית את העומס על מנוע הבעירה הפנימית ומייצר חשמל (הדרוש ליחידות אחרות של המכונית) בעת ההאטה. קל לצייד כל מכונית מודרנית במערכת זו - מתקינים בקר טעינה חכמה ישירות על פלאג המצבר ברכב. את מערכת ה-"Start-Stop" הסטנדרטית ניתן גם לסווג באופן רשמי כמיקרו-היברידית - היא מכבה את המנוע באופן אוטומטי בעת עצירת המכונית ומפחיתה את צריכת הדלק ורמת הפליטות לאטמוספרה.
- יתרונות: אין הגדלת משקל של המכונית, מערכת פשוטה, עלות נמוכה
- חסרונות: יעילות ירודה
- חסכון בצריכת דלק: 2-5%
- איפה מיושמת: מיני קופר, ב.מ.וו סדרה 1, מאזדה 6
היברידיות "מתונות" (Mild hybrids או MHEV)
המנוע החשמלי כבר ממש עוזר למנוע הבעירה הפנימית, משפר את הדינמיקה של המכונית, אבל המכונית לא יכולה לנוע רק על חשמל. Mild Hybrid הראשונה היתה בהונדה אינסייט בשנת 1999. בבסיס ההיברידית "המתונה" מונח מנוע חשמלי המחובר למנוע בנזין. ההתקן נקרא בדרך כלל סטרטר-אלטרנטור (ומותקן במקום אלטרנטור רגיל). הוא מייצר חשמל בזמן בלימה ואילו בזמן ההאצה - הוא צורך חשמל. בעזרת ההתקן ניתן ליישם את מערכת Start-Stop מתקדמת יותר, כאשר מנוע הבנזין נכבה עוד לפני שהמכונית עצרה לחלוטין.
ה-MHEV ההיברידית זקוקה לסוללה נוספת בעלת קיבולת קטנה שיכולה לאגור את החשמל שנוצר בעת בלימה. על השימוש באנרגיה מחליט כל יצרן כרצונו: באאודי A8 סוללת 48 וולט מזינה מפוח אוויר חשמלי שמגביר את תפוקת הדיזל, בריינג' רובר יווק החדש החשמל מספק מומנט של עד 140 ניוטון מטר וחוסך עד 6% דלק.
- יתרונות: דינמיקה משופרת, מחיר נמוך יחסית
- חסרונות: צריכה לא אופטימלית - רוב האנרגיה מושקעת בסיבוב מנוע הבעירה הפנימית
- חסכון בצריכת דלק: 5-10%
- איפה מיושמת: ריינג' רובר אווק, אאודי A6, A7 ו-A8, פרארי לפרארי
היברידית מלאה (Full hybrids או FHEV)
המנוע החשמלי עצמו מניע את המכונית, המכונית מסוגלת לנסוע לפחות מרחק קצר רק על חשמל. לדוגמה, לפורשה קאיין היברידית "מלאה" יש טווח נסיעה של כ-50 ק"מ. המנוע חשמלי אינו מחובר באופן קבוע למנוע הבעירה הפנימית: ביניהם מותקנת תמסורת או מצמד המאפשרים לנוע עם מנוע כבוי ולצבור מטען ביעילות רבה יותר במהלך הבלימה. בהשוואה להיברידיות קלות, המנוע החשמלי מספק דחיפה ניכרת לביצועים, בתנאי שיש מספיק בלימות לטעינת הסוללה הגדולה.
סוללה בדגמים אלו היא בעלת קיבולת גדולה יותר ומתח עבודה גבוה. היא צריכה בקר חזק וממיר מתח (כדי להפעיל את שאר האלקטרוניקה) וגם מערכת קירור משלה. החשמל של הסוללה מסופק למיזוג האוויר, להגה כוח ולבלמים. כתוצאה מכך, גרסת FHEV מתגלה ככבדה ויקרה מהרגילה, אך גם חיסכונית יותר בדלק. כיום, היברידיות מלאות הן הסוג ההיברידיות הנפוץ ביותר, אך בהדרגה יהפוך לנחלת העבר.
- יתרונות: צריכת דלק חסכונית, עלייה בדינמיקה
- חסרונות: משקל, מורכבות, עלות גבוהה
- חסכון בצריכת דלק: 15-25%
- איפה זה מיושם: אינפיניטי Q50 Hybrid, פורשה קאיין S Hybrid
היברידית חשמלית עם הנעה כפולה
זוהי גרסה של ה-FHEV היברידית, שבה מנוע הבעירה הפנימית והמנוע החשמלי מניעים כל אחד את הציר שלו. לדוגמה, מנוע בנזין רגיל מניע את הגלגלים הקדמיים, בעוד שמנוע חשמלי עם תמסורת משלו מניע את הגלגלים האחוריים. עלות הייצור של מכונית היברידית עם הנעה כפולה, היא בדרך כלל נמוכה יותר מזו של מכונית רגילה. מנוע בעירה פנימית כמעט ולא דורש שינויים, יש לשנות את החלק האחורי של ההיברידית כדי למקם סוללה.
- יתרונות: פשטות יחסית בעיצוב, הנעה כפולה, עלות נמוכה יותר
- חסרונות: יעילות נמוכה יותר, תא מטען מופחת, משקל גדול יותר
- חסכון בצריכת דלק: עד 20%
- איפה זה מיושם: Peugeot 3008 Hybrid4, Маzda Demio e-4WD
פלאג-אין היברידית או PHEV
נכון לרגע זה, מדובר על הקטגוריה המתקדמת ביותר של מכוניות עם יחידות כוח משולבות. אנשים רבים כיום עוברים להיברידית פלאג-אין, למשל, Porsche Panamera SE Hybrid. הבעיה בהיברידיות קונבנציונליות היא שהם יכולים לחדש טעינת סוללה רק בעת בלימה. בעת תנועה חלקה (בכביש מהיר, למשל) המנוע החשמלי אינו בשימוש, טעינת סוללות ממנוע הבעירה הפנימית אינה נחשבת - חיסכון בדלק לא יהיה. לכן עלה הרעיון - להטעין סוללה מראש משקע חיצוני - בזמן שהמכונית בחנייה. קיבולת הסוללה של גרסאות PHEV גבוהה בהרבה מהיברידיות מלאות מן השורה. סוללות כאלה מאפשרות טווח נסיעה של עשרות קילומטרים על חשמל בלבד.
- יתרונות: חסכון מקסימלי בדלק
- חסרונות: עלות, משקל כבד, תלות בתחנות טעינה
- חסכון בצריכת דלק: עד 70%
- איפה מיושמת: פולקסווגן גולף GTE, ריינג' רובר P400e, שברולט וולט, מיצובישי אאוטלנדר PHEV
היברידית - טורית מקבילית
החלוצה בתחום הייתה טויוטה עם דגם פריוס - ההיברידית בייצור סדרתי הראשונה בעולם. היא הצליחה לשלב הכל בבת אחת: לצבור אנרגיה חשמלית ביעילות בבלימה, לנסוע רק על בנזין או רק על חשמל, להשתמש בשני מקורות אנרגיה בבת אחת ואפילו להטעין את המצבר ממנוע הבעירה הפנימית כשהמכונית עומדת. יתר על כן, היברידית כזו אינה זקוקה לתיבת הילוכים: תיבת הילוכים פלנטרית עם מנועים חשמליים פועלת כתיבת הילוכים רציפה. כיום מיוצר הדור הרביעי של מערכת ההינע ההיברידית Hybrid Synergy Drive (HSD), המותקנת בכל ההיברידיות של טויוטה ולקסוס. רעיון ה-HSD מוגן על ידי פטנטים של טויוטה, כך שהתאגידים GM, דיימלר וב.מ.וו המאוחדים במסגרת הפרויקט Global Hybrid Cooperation, נאלצו ליצור מערכת הרבה יותר מורכבת עם שני מנועים חשמליים וארבעה סטים של מצמדים.
- יתרונות: יעילות גבוהה, עיצוב פשוט, משקל נמוך
- חסרונות: אלקטרוניקה מורכבת, עלות
- חסכון בצריכת דלק: עד 40%
- איפה מיושמת: טויוטה פריוס, לקסוס RX 450h, BMW X6 ActiveHybrid, מרצדס ML 450 היברידית
לסיכום
- Mild Hybrid - משתמש גם במנוע בעירה פנימית וגם במנוע חשמלי כדי לשפר את צריכת הדלק. הדבר נובע משימוש באנרגיה שנוצרת בזמן בלימה ונאגרת בסוללה. אנרגיה זו משמשת מנוע בעירה פנימית כדי להאיץ את המכונית. היברידית מתונה משתמשת במנוע חשמלי כדי לסייע למנוע בעירה פנימית.
- היברידית מלאה - בעלת מנוע חשמלי וסוללה גדולים יותר בהשוואה להיברידית מתונה. היברידית מלאה יכולה להניע את הרכב למרחקים קצרים באמצעות מנוע חשמלי, וכן לטעון את המצבר באמצעות המנוע או בלימה רגנרטיבית.
- היברידית פלאג-אין - ניתנת לטעינה בחיבור לשקע ביתי או באמצעות עמדת טעינה ציבורית. היברידית פלאג-אין מציעה טווח נסיעה גדול על חשמל בלבד הודות לסוללות ולמנוע חשמלי גדולים יותר. היברידית פלאג-אין מסוגלת לענות על צורכי טווח נסיעה היומי של רוב האנשים.
מה מצפה לנו בעתיד?
בשנת 2020 הוראה מס‘ 443/2009 נכנסה לתוקף באיחוד האירופי, המחייבת שפליטת CO2 הממוצעת של דגמים חדשים של יצרנית הרכב לא תהיה גבוהה מ-95 גרם/ק"מ לכל 1,370 ק"ג משקל. על כל גרם מעבר לזה כל מכונית שנמכרת תחויב במס נוסף. דרישות אלו תואמות בערך לצריכה משולבת של 4.1 ליטר/100 ק"מ בנזין או 3.6 ליטר/100 ק"מ דיזל. ניתן לעמוד בזה רק בעזרת סוללות ומנועים חשמליים, אפילו היברידית מלאה מודרנית עושה זאת בקושי. ובעוד כמה שנים מתוכנן להוריד עוד יותר את רף הפליטה המותרת! לכן יש לצפות ליותר ויותר מכוניות שמחוברות לשקעים בחניונים.
לכן, בעתיד אנו מצפים לנטישה מוחלטת של מנועי בעירה פנימית. נְקוּדָה. עם התפתחות הטכנולוגיה (בעיקר סוללות), כל המכוניות יהפכו במוקדם או במאוחר לחשמליות. אבל כיום, כלי רכב חשמליים עדיין יקרים למדי, יש להם טווח נסיעה מוגבל ולוקח יותר מדי זמן להטעין אותן. כמה מדינות כבר הכריזו על איסורים עתידיים של מנוע בעירה פנימית: בריטניה, שוודיה, דנמרק, איסלנד, הודו, סין - עד שנת 2030 תיאסר מכירת מכוניות חדשות עם מנועי בעירה פנימית; נורבגיה - האיסור יכנס לתוקף ב- 2025.
ישראל. פעילותו של מערך התחבורה הידידותית לסביבה מתבצעת גם בישראל. עד שנת 2030 במדינה תופסק מכירת מכוניות עם מנועי בנזין ודיזל. בהמשך - רק חשמל וגז טבעי, שיש בארץ. הרשויות כבר הצהירו כי יפחיתו ככל האפשר את המס על מכוניות "נקיות" - אפילו עד אפס מס. במקביל, תואץ הרחבת התשתיות המשרתות את התחבורה החשמלית ועוד הרבה עמדות יתווספו לאלפיים עמדות הטעינה הקיימות. הצפי הוא שעד 2025 ייסעו 177 אלף כלי רכב חשמליים בכבישי ישראל, וזה כבר הרבה. התחזית היא מיליון וחצי מכוניות חשמליות עד 2030!
